KR101324437B1 - System for clarifying exhaust gas of direct injection engines and control method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가솔린 초희박 연소 직접 분사식 엔진의 배기가스 정화시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust gas purification system for a gasoline ultra-lean combustion direct injection engine and a control method thereof.

본 발명은 UCC내에 NSC와 NSC 후단에 TWC를 위치시키고, NSC 또는 TWC에 개질 연료 가스를 선택적으로 공급하기 위한 연료개질기와 스위치 밸브 및 NSC의 온도를 제어하고 연료개질기에 열량을 공급하기 위한 열교환기로 이루어지는 가솔린 초희박 연소 직접 분사식 엔진의 배기가스 정화시스템 및 냉시동 구간과 엔진 구동 또는 NSC의 재생 구간에서 배기가스 정화시스템을 제어하는 방법을 제공한다.The present invention is a fuel reformer for selectively supplying the reformed fuel gas to the NSC and the NSC in the UCC, and the heat exchanger for controlling the temperature of the switch valve and the NSC and supplying heat to the fuel reformer. An exhaust gas purification system and a cold start section of a gasoline ultra-lean combustion direct injection engine, and a method for controlling the exhaust gas purification system in an engine driving or regeneration section of an NSC are provided.

본 발명에 의하면 가솔린 초희박 연소 직접 분사식 엔진의 배기가스 정화시스템에 있어서, UCC내에 NSC와 NSC 후단에 TWC를 위치시키고, 추가로 구성된 연료개질기, 스위치 밸브, 및 열교환기를 이용하여 NSC 및 TWC의 활성화를 위한 온도를 조기에 도달하게 하고, NSC 재생 시 충분한 환원상태를 유지시킴으로써, 엔진의 연비를 향상시키고 배기가스 정화시스템의 정화기능을 강화시키는 효과가 있다.According to the present invention, in the exhaust gas purification system of a gasoline ultra-lean combustion direct injection engine, the TWC is placed in the NCC and the rear end of the NSC in the UCC, and the NSC and the TWC are activated using the fuel reformer, the switch valve, and the heat exchanger. By early reaching the temperature for and maintaining a sufficient reduction state during NSC regeneration, it has the effect of improving the fuel efficiency of the engine and strengthening the purification function of the exhaust gas purification system.

직접 분사식 엔진, 삼원촉매, 질소산화물 흡장 촉매, 연료개질기, TWC, NSC, CCC, UCC Direct injection engine, three-way catalyst, nitrogen oxide storage catalyst, fuel reformer, TWC, NSC, CCC, UCC

Description

직접 분사식 엔진의 배기가스 정화시스템 및 그 제어방법{System for clarifying exhaust gas of direct injection engines and control method thereof}System for clarifying exhaust gas of direct injection engines and control method

본 발명은 가솔린 초희박 연소 직접 분사식 엔진의 배기가스 정화시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 UCC내에 NSC와 NSC 후단에 TWC를 위치시키고, NSC 또는 TWC에 개질 연료 가스를 선택적으로 공급하기 위한 연료개질기와 스위치 밸브 및 NSC의 온도를 제어하고 연료개질기에 열량을 공급하기 위한 열교환기로 이루어지는 가솔린 초희박 연소 직접 분사식 엔진의 배기가스 정화시스템 및 냉시동 구간과 엔진 구동 또는 NSC의 재생 구간에서 배기가스 정화시스템을 제어하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust gas purification system for a gasoline ultra-lean combustion direct injection engine and a control method thereof. More specifically, the position of the TWC at the rear end of the NSC and the NSC in the UCC, the fuel reformer for selectively supplying the reformed fuel gas to the NSC or TWC, the heat exchanger for controlling the temperature of the switch valve and NSC and supplying heat to the fuel reformer The present invention relates to a method for controlling an exhaust gas purification system and a cold start section of a gasoline ultra-lean combustion direct injection engine composed of a gas and a regeneration section of an engine driving or NSC.

현재 가솔린 엔진 개발의 가장 큰 이슈는 엔진과 배기가스 정화 시스템으로 이루어진 파워트레인 시스템의 효율을 최적화하여 성능 향상을 도모하는 것이다.The biggest issue in the development of gasoline engines is to improve the performance by optimizing the efficiency of the powertrain system, which consists of the engine and the exhaust gas purification system.

향후 지구 온난화 규제는 더욱 강화될 전망이고, 특히 이산화탄소 발생의 주된 원인으로 꼽히는 자동차 배기가스에 강력한 규제를 적용할 예정이다. 이에 대응하기 위하여는 자동차 업계는 가솔린 파워트레인 시스템에 있어서, 엔진 성능의 최 적화에 의한 연비 개선과 배기가스 정화시스템의 최적화에 의한 대기 오염 가스의 최소화로 지구 온난화 규제에 대응하고 있다.In the future, global warming regulations are expected to be tightened. In particular, strong regulations will be applied to automobile exhaust, which is the main cause of CO2 emissions. To cope with this, the automotive industry is responding to global warming regulations in gasoline powertrain systems by minimizing air pollution by optimizing engine performance and optimizing exhaust gas purification system.

현재 개발 또는 양산중인 가솔린 파워트레인 시스템 중에서 엔진의 다운사이징(Down-sizing)과 연비 향상을 꾀할 수 있는 기술은 가솔린 직접 분사식 엔진이다. 가솔린 직접 분사식 엔진은 기존의 포트 연료 분사와 비교할 때 실린더 내부에 연료를 직접 분사하여 열효율 및 체적효율을 증가시킬 수 있고, 적은 연료의 사용으로 희박 연소 또는 초희박 연소를 구현하여 약 20%의 엔진 연비를 증가시킬 수 있는 시스템이다. 또한, 질소 산화물 정화기구를 적용하여 연비규제는 물론 배기가스 규제를 동시에 만족시킬 수 있다.Among the gasoline powertrain systems currently in development or in production, the technology to improve down-sizing and fuel efficiency of the engine is a gasoline direct injection engine. The gasoline direct injection engine can increase the thermal efficiency and volumetric efficiency by directly injecting fuel into the cylinder as compared to the conventional port fuel injection, and implements lean or ultra-lean combustion using less fuel, which is about 20% engine. It is a system that can increase fuel economy. In addition, by applying the nitrogen oxide purification mechanism can satisfy both fuel economy regulation and exhaust gas regulation at the same time.

현재 개발중인 초희박 연소 직접분사 엔진은 배기가스 처리에 있어서, 삼원촉매(Three Way Catalyst, 이하 TWC)만으로는 엔진에서 나오는 배기 가스를 효율적으로 정화 시키기가 어려우므로 질소산화물 흡장 촉매 (NOx Storage Catalyst, 이하 NSC)를 추가로 더 포함한다. 즉, 초희박 연소 직접분사식 엔진 후단인 클로스드 커플드 컨버터(Closed-Coupled Converter, 이하 CCC)내에 TWC를 장착하고 언더플로어 커플드 컨버터(Under-Floor Coupled Converter, 이하 UCC)에 NSC를 장착함으로써 배기 가스 규제를 만족시키고 있다(도 1).The ultra-thin combustion direct injection engines currently under development are difficult to purify the exhaust gases from the engine with only three-way catalyst (TWC). NSC) further. In other words, the TWC is mounted in a closed-coupled converter (CCC), which is the rear end of the ultra-lean combustion direct injection engine, and the NSC is installed in the underfloor coupled converter (UCC). The gas regulation is satisfied (FIG. 1).

그러나 UCC에 NSC를 장착한 파워트레인 시스템은 NSC의 구동으로 인해 약 5%~10%의 연비가 감소되고, 결과적으로 초희박 연소 직접분사 엔진으로 이루어지는 파워트레인 시스템은 약 10~15%의 연비 증가 효과만을 볼 수 있다. 또한, NSC의 일반적인 활성 온도 영역은 250℃ ~ 400℃(최적 활성 온도는 300℃ 부근)로서 TWC의 일반적인 활성 온도 영역인 400℃ ~ 800℃(최적 활성 온도는 600℃ 부근)에 비해 낮고, NSC에 흡장되어 있는 질소산화물을 제거하기 위해서는 이론공연비보다 농후하게 하여 환원제인 이산화탄소나 탄화수소의 발생량을 많게 하여야 하는 문제점이 있다. 또한, NSC 전단에 TWC를 장착하기 때문에 이론공연비보다 농후한 조건을 만들어 주고도 NSC 재생 시 환원제 역할을 하는 일산화탄소나 탄화수소를 TWC에서 미리 정화시켜 NSC의 재생 효율을 악화시키는 문제가 있다.However, the powertrain system equipped with NSC in UCC reduces fuel economy by about 5% to 10% due to the operation of NSC. As a result, the powertrain system consisting of ultra-lean combustion direct injection engine increases fuel efficiency by about 10-15%. You can only see the effect. In addition, the typical active temperature range of NSC is 250 ° C. to 400 ° C. (optimal active temperature is around 300 ° C.), which is lower than the TWC's typical active temperature range of 400 ° C. to 800 ° C. (optimal active temperature is around 600 ° C.) In order to remove nitrogen oxides stored in the gas, there is a problem in that the amount of carbon dioxide or hydrocarbon which is a reducing agent is increased by making it richer than the theoretical performance ratio. In addition, since the TWC is mounted on the front end of the NSC, the carbon monoxide or hydrocarbon, which acts as a reducing agent in the regeneration of NSC, is preliminarily purified from the TWC, thereby making NSC regeneration efficiency worse.

CCC 위치에 NSC를 장착하고 UCC 위치인 NSC 후단에 TWC를 장착하여 엔진에서 배출되는 가스에 포함되어 있는 이산화탄소나 탄화수소를 NSC에서 환원제로 이용하는 경우, 각 촉매의 활성 온도에 따른 문제점이 발생한다. 일반적으로 NSC는 400℃ 이상의 온도에서 정화 기능이 악화 되기 때문에 CCC 위치에서 사용되지 못하고, 상대적으로 TWC는 강화되는 배기가스 규제를 만족시키기 위하여 빠른 시간내에 촉매 활성화 온도(Light-Off Temperature, LOT)에 도달하여야 하므로 CCC 위치에서 사용되어야 한다.When the NSC is mounted at the CCC position and the TWC is mounted at the rear end of the NSC which is the UCC position, carbon dioxide or hydrocarbons contained in the gas discharged from the engine is used as a reducing agent in the NSC. In general, NSC cannot be used at CCC location because its deterioration in deterioration at temperatures above 400 ° C, and TWC is relatively fast at light-off temperature (LOT) in order to meet the stricter emission regulations. It must be reached and used at the CCC location.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, UCC내에 NSC와 NSC 후단에 TWC를 위치시키고, NSC 또는 TWC에 개질 연료 가스를 선택적으로 공급하기 위한 연료개질기와 스위치 밸브 및 NSC의 온도를 제어하고 연료개질기에 열량을 공급하기 위한 열교환기로 이루어지는 가솔린 초희박 연소 직접 분사식 엔진의 배기가스 정화시스템 및 그 제어방법을 제공하여, NSC 및 TWC의 활성화를 위한 온도 조절을 용이하게 하고 NSC 재생 시 충분한 환원상태를 유지시킴으로써, 엔진의 연비를 향상시키고 배기가스 정화시스템의 정화기능을 강화시키는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been invented to solve this problem, and the position of the TWC at the rear end of the NSC and the NSC in the UCC, and the temperature of the fuel reformer, switch valve and NSC for selectively supplying the reformed fuel gas to the NSC or TWC It provides an exhaust gas purification system for gasoline ultra-lean combustion direct injection engines and a control method thereof, which is composed of a heat exchanger for controlling and supplying heat to the fuel reformer, thereby facilitating temperature control for activation of NSC and TWC, and By maintaining the reduced state, the object is to improve the fuel economy of the engine and to enhance the purification function of the exhaust gas purification system.

본 발명은, NSC와 상기 NSC 후단에 위치하는 TWC; 연료탱크에서 배기가스 정화시스템 방향으로 연결되어 있고, 엔진과 별도로 구동되며, NSC 또는 TWC에 개질 연료 가스를 공급하기 위한 연료개질기; 연료개질기 후단 및 NSC와 TWC 상단에 위치하고, NSC 또는 TWC에 개질 연료 가스를 선택적으로 공급하기 위한 스위치 밸브; 및 상기 NSC 및 연료개질기 상단에 위치하는 열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가솔린 초희박 연소 직접 분사식 엔진의 배기가스 정화시스템을 제공한다.The present invention, NSC and TWC located in the rear end of the NSC; A fuel reformer connected in the direction of the exhaust gas purification system in the fuel tank, driven separately from the engine, for supplying reformed fuel gas to the NSC or TWC; A switch valve located at the rear of the fuel reformer and above the NSC and the TWC, for selectively supplying the reformed fuel gas to the NSC or the TWC; And a heat exchanger positioned on the NSC and the fuel reformer. The exhaust gas purification system of the gasoline ultra-lean combustion direct injection engine is provided.

또한 본 발명은, 시동 후 냉각수 또는 흡입공기의 온도를 측정하여 TWC의 활성화 필요 여부를 확인하는 제 1단계; 제 1단계에서 상기의 TWC의 활성화가 필요한 경우 연료개질기, 열교환기, 및 TWC쪽으로 스위치 밸브를 작동시키는 제 2단계; 희박 연소 여부를 판단하는 제 3단계; 및 제 3단계에서 희박 연소인 경우 스위치 밸브를 작동시키지 아니하여 TWC의 활성화를 종료시키는 제 4단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉시동 구간에서 배기가스 정화시스템을 제어하는 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention, the first step to determine whether the activation of the TWC by measuring the temperature of the cooling water or intake air after starting; A second step of operating the switch valve toward the fuel reformer, the heat exchanger, and the TWC when the first step requires activation of the TWC; A third step of determining whether lean combustion; And a fourth step of terminating the activation of the TWC by not operating the switch valve when the lean combustion is performed in the third step. It provides a method for controlling the exhaust gas purification system in the cold start section, characterized in that consisting of.

또한 본 발명은, 엔진이 운전조건에 있는 경우 희박 연소 여부를 판단하는 제 1단계; 제 1단계에서 희박 연소인 경우 NSC의 온도를 측정하는 제 2단계; 제 2단계에서 NSC의 온도가 300℃ 미만인 경우 스위치 밸브를 NSC쪽으로 열리게 하여 개질 연료 가스를 공급하고 NSC의 온도를 측정하는 제 3단계; 및 제 3단계에서 NSC의 온도가 300℃를 초과하면 스위치 밸브를 잠그고 열교환기를 작동시키는 제 4단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 구동 또는 NSC의 재생 구간에서 배기가스 정화시스템을 제어하는 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention, the first step of determining whether the engine is in lean combustion if the operating conditions; A second step of measuring the temperature of the NSC in the case of lean combustion in the first step; A third step of opening the switch valve toward the NSC when the temperature of the NSC is less than 300 ° C. in the second step to supply reformed fuel gas and to measure the temperature of the NSC; And a fourth step of closing the switch valve and operating the heat exchanger when the temperature of the NSC exceeds 300 ° C. in the third step. It provides a method for controlling the exhaust gas purification system in the regeneration section of the engine drive or NSC, characterized in that consisting of.

본 발명에 의하면 가솔린 초희박 연소 직접 분사식 엔진의 배기가스 정화시스템에 있어서, UCC내에 NSC와 NSC 후단에 TWC를 위치시키고, 추가로 구성된 연료개질기, 스위치 밸브, 및 열교환기를 이용하여 NSC 및 TWC의 활성화를 위한 온도를 조기에 도달하게 하고, NSC 재생 시 충분한 환원상태를 유지시킴으로써, 엔진의 연비를 향상시키고 배기가스 정화시스템의 정화기능을 강화시키는 효과가 있다.According to the present invention, in the exhaust gas purification system of a gasoline ultra-lean combustion direct injection engine, the TWC is placed in the NCC and the rear end of the NSC in the UCC, and the NSC and the TWC are activated using the fuel reformer, the switch valve, and the heat exchanger. By early reaching the temperature for and maintaining a sufficient reduction state during NSC regeneration, it has the effect of improving the fuel efficiency of the engine and strengthening the purification function of the exhaust gas purification system.

본 발명에 의하면, 기존의 NSC를 장착한 파워트레인 시스템에서 문제가 되는 5~10%의 연비 악화를 5%이내로 줄일 수 있고, 엔진과 별도로 구동되는 연료개질기를 장착하여 엔진과 배기가스 정화시스템을 독립적으로 운전시켜 파워트레인 시스 템의 효율을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to reduce the fuel consumption deterioration of 5 to 10%, which is a problem in the existing NSC-powered powertrain system, to within 5%, and to install the fuel reformer driven separately from the engine to provide an engine and exhaust gas purification system. Independent operation can improve the efficiency of the powertrain system.

본 발명은, 가솔린 초희박 연소 직접 분사식 엔진의 배기가스 정화시스템에 있어서, NSC(10)와 상기 NSC 후단에 위치하는 TWC(20); 연료탱크(30)에서 배기가스 정화시스템 방향으로 연결되어 있고, 엔진(40)과 별도로 구동되며, NSC 또는 TWC에 개질 연료 가스를 공급하기 위한 연료개질기(50); 연료개질기 후단 및 NSC와 TWC 상단에 위치하고, NSC 또는 TWC에 개질 연료 가스를 선택적으로 공급하기 위한 스위치 밸브(60); 및 상기 NSC 및 연료개질기 상단에 위치하는 열교환기(70);를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템을 제공한다.The present invention provides an exhaust gas purification system for a gasoline ultra-lean combustion direct injection engine, comprising: an NSC (10) and a TWC (20) positioned at the rear end of the NSC; A fuel reformer 50 connected to the exhaust gas purification system in the fuel tank 30 and driven separately from the engine 40 to supply reformed fuel gas to the NSC or the TWC; A switch valve 60 positioned at the rear of the fuel reformer and above the NSC and the TWC, for selectively supplying the reformed fuel gas to the NSC or the TWC; And a heat exchanger 70 positioned above the NSC and the fuel reformer.

또한 본 발명은, 냉시동 구간에서 배기가스 정화시스템을 제어하는 방법으로서, 시동 후 냉각수 또는 흡입공기의 온도를 측정하여 TWC의 활성화 필요 여부를 확인하는 제 1단계; 제 1단계에서 상기의 TWC의 활성화가 필요한 경우 연료개질기, 열교환기, 및 TWC쪽으로 스위치 밸브를 작동시키는 제 2단계; 희박 연소 여부를 판단하는 제 3단계; 및 제 3단계에서 희박 연소인 경우 스위치 밸브를 작동시키지 아니하여 TWC의 활성화를 종료시키는 제 4단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템 제어방법을 제공한다.In another aspect, the present invention, a method for controlling the exhaust gas purification system in the cold start section, the first step of determining whether the TWC needs to be activated by measuring the temperature of the cooling water or intake air after starting; A second step of operating the switch valve toward the fuel reformer, the heat exchanger, and the TWC when the first step requires activation of the TWC; A third step of determining whether lean combustion; And a fourth step of terminating the activation of the TWC by not operating the switch valve when the lean combustion is performed in the third step. It provides an exhaust gas purification system control method comprising the.

또한 본 발명은, 엔진 구동 또는 NSC의 재생 구간에서 배기가스 정화시스템을 제어하는 방법으로서, 엔진이 운전조건에 있는 경우 희박 연소 여부를 판단하는 제 1단계; 제 1단계에서 희박 연소인 경우 NSC의 온도를 측정하는 제 2단계; 제 2단계에서 NSC의 온도가 300℃ 미만인 경우 스위치 밸브를 NSC쪽으로 열리게 하여 개질 연료 가스를 공급하고 NSC의 온도를 측정하는 제 3단계; 및 제 3단계에서 NSC의 온도가 300℃를 초과하면 스위치 밸브를 잠그고 열교환기를 작동시키는 제 4단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템 제어방법을 제공한다.The present invention also provides a method for controlling an exhaust gas purification system in an engine driving or regeneration section of an NSC, comprising: a first step of determining whether lean combustion is performed when an engine is in an operating condition; A second step of measuring the temperature of the NSC in the case of lean combustion in the first step; A third step of opening the switch valve toward the NSC when the temperature of the NSC is less than 300 ° C. in the second step to supply reformed fuel gas and to measure the temperature of the NSC; And a fourth step of closing the switch valve and operating the heat exchanger when the temperature of the NSC exceeds 300 ° C. in the third step. It provides an exhaust gas purification system control method comprising the.

또한 본 발명은, 엔진 구동 또는 NSC의 재생 구간에서 배기가스 정화시스템을 제어하는 방법으로서, 엔진이 운전조건에 있는 경우 희박 연소 여부를 판단하는 제 1단계; 제 1단계에서 초희박 연소인 경우 NSC의 재생이 필요한지 여부를 판단하는 단계; NSC의 재생이 필요한 경우 스위치 밸브를 NSC쪽으로 열리게 하여 개질 연료 가스를 공급하고 NSC의 재생 여부를 확인하는 단계; 및 NSC가 재생된 경우 스위치 밸브를 작동시키지 않는 단계; 를 특징으로 하는 배기가스 정화시스템 제어방법을 제공한다.The present invention also provides a method for controlling an exhaust gas purification system in an engine driving or regeneration section of an NSC, comprising: a first step of determining whether lean combustion is performed when an engine is in an operating condition; Determining whether regeneration of the NSC is necessary in case of ultra-lean combustion in the first step; Opening the switch valve toward the NSC when regeneration of the NSC is required, supplying the reformed fuel gas and checking whether the NSC is regenerated; And not operating the switch valve when the NSC is regenerated; It provides an exhaust gas purification system control method characterized in that.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 2는 본 발명의 초희박 연소 직접 분사식 엔진의 배기가스 정화시스템을 나타낸 구성도이다.Figure 2 is a block diagram showing an exhaust gas purification system of the ultra-thin combustion direct injection engine of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 가솔린 초희박 연소 직접 분사식 엔진의 배기가스 정화시스템은 NSC(10)와 상기 NSC 후단에 위치하는 TWC(20); 연료탱크(30)에서 배기가스 정화시스템 방향으로 연결되어 있고, 엔진(40)과 별도로 구동되며, NSC 또는 TWC에 개질 연료 가스를 공급하기 위한 연료개질기(50); 연료개질기 후단 및 NSC와 TWC 상단에 위치하고, NSC 또는 TWC에 개질 연료 가스를 선택적으로 공급하기 위한 스위치 밸브(60); 및 상기 엔진(40)과 NSC(10)의 사이 및 상기 엔진(40)과 연료개질기(50)의 사이에 위치하는 열교환기(70); 로 구성되어 있다.As shown in FIG. 2, the exhaust gas purification system of the gasoline ultra-lean combustion direct injection engine of the present invention includes an NSC 10 and a TWC 20 positioned at the rear end of the NSC; A fuel reformer 50 connected to the exhaust gas purification system in the fuel tank 30 and driven separately from the engine 40 to supply reformed fuel gas to the NSC or the TWC; A switch valve 60 positioned at the rear of the fuel reformer and above the NSC and the TWC, for selectively supplying the reformed fuel gas to the NSC or the TWC; And a heat exchanger (70) located between the engine (40) and the NSC (10) and between the engine (40) and the fuel reformer (50). .

본 발명은 NSC 후단에 TWC를 장착함으로써 NSC 재생 시 엔진에서 배출되는 가스에 포함되어 있는 일산화탄소, 또는 탄화수소를 환원제로 최대한 이용할 수 있으며, 그 결과 NSC 재생의 성능을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, by mounting the TWC at the rear end of the NSC, the carbon monoxide or hydrocarbon contained in the gas discharged from the engine during NSC regeneration can be used as a reducing agent, and as a result, the performance of the NSC regeneration can be improved.

본 발명의 NSC와 TWC는 바람직하게는 UCC내에 위치하는 것을 특징으로 한다. NSC와 TWC를 모두 UCC내에 장착함으로써 엔진 룸의 공간이 넓어지고 엔진에 각종 부품을 여유롭게 배치할 수 있으며, 배기가스 정화시스템의 독립적인 운전을 확보함으로써 엔진 효율을 극대화 시킬 수 있다.The NSC and TWC of the present invention are preferably located in the UCC. By installing both NSC and TWC inside the UCC, the space of the engine room can be increased, and various parts can be easily arranged in the engine, and the engine efficiency can be maximized by securing independent operation of the exhaust gas purification system.

본 발명의 열교환기는 NSC의 온도를 활성온도 범위로 조절하고, 연료개질기에 공급되는 흡입공기 온도를 조절하는 역할을 한다. 열교환기의 형태는 특별히 제한되지 않으나, 공랭식 열교환기를 사용하는 것이 바람직하다. 연료개질기의 성능을 향상시키기 위해서는 일반적으로 고온의 흡입공기를 필요로 하는데, 이는 공랭식 열교환기에서 배출되는 고온의 공기를 연료개질기에 공급함으로써 달성할 수 있다.The heat exchanger of the present invention controls the temperature of the NSC to the active temperature range, and serves to adjust the intake air temperature supplied to the fuel reformer. The shape of the heat exchanger is not particularly limited, but it is preferable to use an air-cooled heat exchanger. In order to improve the performance of the fuel reformer, high temperature intake air is generally required, which can be achieved by supplying the fuel reformer with hot air discharged from an air cooled heat exchanger.

상기의 열교환기는 바람직하게는 엔진 배기가스의 온도를 250℃ ~ 400℃로 조정하여 NSC에 공급하는 것을 특징으로 한다. 엔진 배기가스의 온도를 NSC의 활성 온도 영역인 250℃ ~ 400℃로 조정하여 NSC에 공급함으로써 NSC의 효율을 극대화 시킬 수 있다.The heat exchanger is preferably characterized in that to supply the NSC by adjusting the temperature of the engine exhaust gas to 250 ℃ ~ 400 ℃. The efficiency of NSC can be maximized by adjusting the temperature of engine exhaust gas to 250 ℃ ~ 400 ℃ which is the active temperature range of NSC.

상기의 열교환기는 바람직하게는 엔진 배기가스의 열량을 연료개질기에 전달하는 것을 특징으로 한다. 엔진 배기가스의 온도를 250℃ ~ 400℃로 조정하면서 얻어지는 열량을 연료개질기에 공급함으로서 에너지의 손실을 최소로 할 수 있다.The heat exchanger is preferably characterized in that to transfer the heat of the engine exhaust gas to the fuel reformer. The energy loss can be minimized by supplying the fuel reformer with the amount of heat obtained while adjusting the temperature of engine exhaust gas to 250 degreeC-400 degreeC.

본 발명의 연료개질기는 연료탱크에서 배기가스 정화시스템 방향으로 연결되어 있고, 엔진과 별도로 구동되며, NSC 또는 TWC에 개질 연료 가스를 공급하는 역할을 한다. 또한 본 발명은 연료개질기 후단 및 NSC와 TWC 상단 스위치 밸브를 설치하여 NSC 또는 TWC에 개질 연료 가스를 선택적으로 공급할 수 있다.The fuel reformer of the present invention is connected to the exhaust gas purification system in the fuel tank, is driven separately from the engine, and serves to supply reformed fuel gas to the NSC or TWC. In addition, the present invention can be selectively supplied to the reformed fuel gas to the NSC or TWC by installing the rear end of the fuel reformer and the upper switch valve of the NSC and TWC.

NSC에 공급되는 개질 연료 가스는 바람직하게는 수소와 일산화탄소를 주요성분으로 하는 것을 특징으로 한다. 연료개질기에서 배출되는 개질 연료 가스는 일반적으로 수소, 일산화탄소, 및 탄화수소로 이루어져 있다. 이 중 수소와 일산화탄소는 NOx와의 환원 반응속도가 빠르고 저온에서 반응이 일어나므로 수소와 일산화탄소를 주요성분으로 하는 개질 연료가스를 NSC에 공급함으로써 NSC의 정화 효율을 극대화 시킬 수 있다.The reformed fuel gas supplied to the NSC is preferably characterized by having hydrogen and carbon monoxide as main components. The reformed fuel gas emitted from the fuel reformer generally consists of hydrogen, carbon monoxide, and hydrocarbons. Among them, hydrogen and carbon monoxide have a fast reduction reaction rate with NOx, and the reaction occurs at low temperature, thereby maximizing NSC purification efficiency by supplying NSC with reformed fuel gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide.

본 발명은 바람직하게는 개질 연료 가스를 NSC에 공급함으로써 NSC의 온도를 250℃ ~ 400℃로 유지시키는 것을 특징으로 한다. 특히 냉시동 구간에서 NSC는 일반적으로 촉매 활성 온도인 250℃ ~ 400℃보다 낮은 온도를 형성하는데, 고온의 개질 연료 가스를 NSC에 공급함으로서 NSC의 온도를 250℃ ~ 400℃로 유지시킬 수 있다.The present invention is preferably characterized by maintaining the temperature of the NSC at 250 ° C to 400 ° C by supplying the reformed fuel gas to the NSC. In particular, in the cold start section, the NSC generally forms a temperature lower than the catalyst activation temperature of 250 ° C. to 400 ° C., and the temperature of the NSC may be maintained at 250 ° C. to 400 ° C. by supplying the hot reformed fuel gas to the NSC.

본 발명은 바람직하게는 NSC에서 배출되는 가스에 개질 연료 가스를 혼합하여 TWC에 공급함으로써 TWC의 온도를 400℃ ~ 800℃로 유지시키는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명은 냉시동 구간에서 냉시동 30초내에 TWC의 온도를 400℃ ~ 800℃로 유지시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 TWC는 NSC 후단에 위치되므로 특히 냉시동 초기에 촉매의 조기 활성화에 문제가 발생할 수 있다. 기존의 배기가스 정화시스템에서는 TWC를 엔진 배기 매니폴드(Manifold)에 최대한 가깝게 위치시키고 엔진에서 배출되는 고온의 배기가스를 이용하여 TWC의 조기 활성화를 유도한다. 본 발명에서는 TWC의 조기 활성화를 유도하기 위하여 NSC에서 배출되는 가스에 고온의 개질 연료 가스를 혼합하여 TWC에 공급함으로써 TWC의 온도를 400℃ ~ 800℃로 유지시켜 준다. 개질 연료 가스는 약 1000℃의 온도를 가지므로 NSC에서 배출되는 가스와 혼합되어 TWC에 공급되는 경우에도 촉매의 빠른 조기 활성을 유도할 수 있으며, 특히 가솔린 자동차의 주요 유해가스 발생구간인 냉시동 30초내에 TWC의 온도를 400℃ ~ 800℃로 유지시켜 촉매의 활성을 유도할 수 있다.Preferably, the present invention is characterized in that the temperature of the TWC is maintained at 400 ° C. to 800 ° C. by mixing the reformed fuel gas with the gas discharged from the NSC and supplying it to the TWC. In addition, the present invention is characterized in that the temperature of the TWC is maintained at 400 ℃ ~ 800 ℃ within 30 seconds of the cold start in the cold start section. In the present invention, since the TWC is located at the rear end of the NSC, there may be a problem in the early activation of the catalyst, especially at the beginning of cold start. Existing exhaust gas purification systems place the TWC as close as possible to the engine exhaust manifold and use the high temperature exhaust gases from the engine to induce early activation of the TWC. In the present invention, in order to induce early activation of the TWC, the temperature of the TWC is maintained at 400 ° C. to 800 ° C. by supplying a high-temperature reforming fuel gas to the gas discharged from the NSC and supplying it to the TWC. Since the reformed fuel gas has a temperature of about 1000 ° C., it is possible to induce rapid early activation of the catalyst even when it is mixed with the gas emitted from the NSC and supplied to the TWC. It is possible to induce the activity of the catalyst by maintaining the temperature of the TWC at 400 ℃ ~ 800 ℃ within seconds.

도 3은 본 발명의 배기가스 정화시스템을 냉시동 구간에서 제어하는 방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명의 배기가스 정화시스템을 엔진 구동 또는 NSC의 재생 구간에서 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of controlling the exhaust gas purification system of the present invention in a cold start section, and FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of controlling the exhaust gas purification system of the present invention in an engine driving or regeneration section of an NSC.

여기서, T_Cool은 냉각수의 온도, T_Air는 흡입공기의 온도를 의미한다. POS_V=0 은 스위치 밸브를 작동시키지 않는 상태, POS_V=1 은 스위치 밸브를 TWC쪽으로 열리게 한 상태, POS_V=2는 스위치 밸브를 NSC쪽으로 열리게 한 상태를 의미한다. 스위치 밸브를 작동시키지 않는 상태란, 스위치 밸브를 잠그어 TWC 및 NSC쪽 으로 개질연료가스를 공급하지 않는 상태를 말한다. LV_REFM=0 은 연료개질기를 작동시키지 않는 상태, LV_REFM=1 은 연료개질기을 작동시키는 상태을 의미한다. LV_HTX=0 은 열교환기를 작동시키지 않는 상태, LV_HTX= 은 열교환기를 작동시키는 상태를 의미한다.Here, T_Cool refers to the temperature of the cooling water and T_Air refers to the temperature of the intake air. POS_V = 0 means the switch valve is not actuated, POS_V = 1 means the switch valve opens to the TWC side, and POS_V = 2 means the switch valve opens to the NSC side. The state in which the switch valve is not operated means a state in which the reformed fuel gas is not supplied to the TWC and NSC by closing the switch valve. LV_REFM = 0 means that the fuel reformer is not running and LV_REFM = 1 means running the fuel reformer. LV_HTX = 0 means that the heat exchanger is not in operation, and LV_HTX = means that the heat exchanger is in operation.

본 발명의 NSC 후단에 TWC가 위치하는 배기가스 정화시스템은 일반적인 TWC 후단에 NSC가 위치하는 배기가스 정화시스템과 달리 시스템의 효율적인 운영을 위하여 2구간의 제어가 필요하다. 본 발명의 제어 방법을 구현하기 위한 제어 시스템은 기존의 LNT(Lean NOx Trap) 제어 방법을 변경하여 구성할 수 있으므로 추가적인 제어 시스템을 요구하지 않는다.The exhaust gas purification system in which the TWC is located at the rear end of the NSC of the present invention requires control of two sections for the efficient operation of the system, unlike the exhaust gas purification system in which the NSC is located at the rear of the NSC. The control system for implementing the control method of the present invention does not require an additional control system because it can be configured by changing the existing Lean NOx Trap (LNT) control method.

일반적으로 냉시동 구간은 희박 연소로 구동되지 않으므로 촉매의 활성화에 악영향을 미치고, 촉매의 워엄-업(Warm-up)이 끝난 후에 희박 연소를 구현한다. 냉시동 구간에서 배기가스 정화시스템을 제어하는 방법은 다음과 같다.In general, since the cold start section is not driven by lean burn, it adversely affects the activation of the catalyst and implements lean burn after the warm-up of the catalyst. The method of controlling the exhaust gas purification system in the cold start section is as follows.

도 3에서 보이는 바와 같이 본 발명의 냉시동 구간에서 배기가스 정화시스템을 제어하는 방법은 먼저 시동 후 냉각수의 온도 또는 흡입공기의 온도를 측정(S100)하여 TWC의 활성화 필요 여부를 확인한다(S110). 냉각수의 온도(T_Cool) 또는 흡입공기의 온도(T_air)는 NSC 또는 TWC의 활성이 필요한지 여부를 결정하는 주요 인자가 된다. TWC의 활성화가 필요한 경우 연료개질기, 열교환기, 및 TWC쪽으로 스위치 밸브를 작동시키고(S120), TWC의 활성화가 필요하지 않은 경우 연료개질기, 열교환기, 및 스위치 밸브를 작동시키지 않는다(S160). TWC의 활성화가 필요하여 연료개질기, 열교환기, 및 TWC쪽으로 스위치 밸브를 작동시킨 경우 TWC의 활성 화가 끝났는지를 확인하기 위하여 희박 연소 여부를 판단한다(S130). 희박 연소를 구현하는 경우에는 스위치 밸브를 작동시키지 아니하고(S140) 촉매 활성화를 종료시킨다(S150). 희박 연소를 구현하지 않는 경우에는 스위치 밸브를 TWC쪽으로 열리게 하여 개질 연료 가스를 공급하고 TWC의 활성을 촉진시킨다(S170). 개질 연료 가스을 공급하는 것과 동시에 그에 따른 촉매 베드 온도를 보정 테이블(Calibration Table)로 구성하여(S180) TWC의 활성와 온도(Light Off Temperature, LOT)에 도달되었는지를 확인한다(S190). TWC의 활성화 온도에 도달한 경우 스위치 밸브를 작동시키지 아니하여 TWC의 활성화를 종료시키고(S200), 이론 공연비 운전을 끝낸 후 정상적인 희박 연소를 구현한다. TWC의 활성화 온도에 도달하지 않은 경우 상기의 희박 연소 여부 판단 단계를 반복하여 수행한다.As shown in FIG. 3, the method for controlling the exhaust gas purification system in the cold start section of the present invention first determines whether the TWC needs to be activated by measuring the temperature of the cooling water or the temperature of the intake air after starting (S100). . The temperature of the cooling water (T_Cool) or the temperature of the intake air (T_air) is a major factor in determining whether NSC or TWC activity is required. When activation of the TWC is required to operate the switch valve toward the fuel reformer, the heat exchanger, and the TWC (S120), and if the activation of the TWC is not necessary, the fuel reformer, the heat exchanger, and the switch valve are not operated (S160). When activation of the switch valve toward the fuel reformer, the heat exchanger, and the TWC is required to activate the TWC, it is determined whether the lean burn is finished (S130). In the case of implementing lean combustion, the switch valve is not operated (S140) and the catalyst activation is terminated (S150). If the lean burn is not implemented, the switch valve is opened toward the TWC to supply the reformed fuel gas and promote the activity of the TWC (S170). At the same time as supplying the reformed fuel gas, the catalyst bed temperature is configured as a calibration table (S180) to check whether the activity and temperature (Light Off Temperature, LOT) of the TWC have been reached (S190). When the activation temperature of the TWC is reached, the switch valve is not operated to terminate the activation of the TWC (S200), and after the theoretical air-fuel ratio operation is completed, normal lean combustion is realized. When the activation temperature of the TWC has not been reached, the lean burn determination step is repeated.

본 발명의 냉시동 구간에서 배기가스 정화시스템을 제어하는 방법은 TWC의 활성화를 촉진시켜 배기가스의 정화 효율을 향상시킬 수 있다.The method for controlling the exhaust gas purification system in the cold start section of the present invention can promote the activation of the TWC to improve the purification efficiency of the exhaust gas.

본 발명의 엔진 구동 또는 NSC의 재생 구간에서 배기가스 정화시스템을 제어하는 방법은 다음과 같다.The method for controlling the exhaust gas purification system in the regeneration section of the engine driving or NSC of the present invention is as follows.

도 4에서 보이는 바와 같이 본 발명의 엔진 구동 또는 NSC의 재생 구간에서 배기가스 정화시스템을 제어하는 방법은 먼저 운전조건에 있는 경우 희박 연소 여부를 판단한다(S300). 희박 연소인 경우 NSC의 온도를 측정하고, NSC의 온도가 300℃ 미만인지 여부를 판단한다(S310). NSC의 온도가 300℃를 초과하면 스위치 밸브를 작동시키지 아니하고(S350), NSC의 온도가 300℃ 미만인 경우 스위치 밸브를 NSC쪽으로 열리게 하여 개질 연료 가스를 공급하고(S320) NSC의 온도를 다시 측정하고 300℃ 미만인지 여부를 다시 판단한다(S330). NSC의 온도를 다시 측정한 결과 NSC의 온도가 300℃를 초과하면 스위치 밸브를 잠그고 열교환기를 작동시키고(S340), NSC의 온도가 300℃ 미만인 경우에는 스위치 밸브를 NSC쪽으로 열리게 하여 개질 연료 가스를 공급하는 단계(S320)를 다시 수행한다.As shown in FIG. 4, the method for controlling the exhaust gas purification system in the regeneration section of the engine driving or NSC according to the present invention first determines whether lean combustion is present under operating conditions (S300). In the case of lean combustion, the temperature of the NSC is measured, and it is determined whether the temperature of the NSC is less than 300 ° C. (S310). If the temperature of the NSC exceeds 300 ℃, do not operate the switch valve (S350), if the temperature of the NSC is less than 300 ℃ to open the switch valve to the NSC to supply reformed fuel gas (S320) and to measure the temperature of the NSC again It is determined again whether or not less than 300 ℃ (S330). When the temperature of the NSC is measured again, when the temperature of the NSC exceeds 300 ° C, the switch valve is closed and the heat exchanger is operated (S340). When the temperature of the NSC is less than 300 ° C, the switch valve is opened to the NSC to supply reformed fuel gas. Step S320 is performed again.

한편 희박 연소 여부를 판단(S300)한 결과, 초희박 연소인경우 본 발명의 엔진 구동 또는 NSC의 재생 구간에서 배기가스 정화시스템을 제어하는 방법은 먼저 NSC의 재생이 필요한지 여부를 판단한다(S360). NSC의 재생이 필요한 경우 스위치 밸브를 NSC쪽으로 열리게 하여 개질 연료 가스를 공급하고(S370), NSC의 재생 여부를 확인한다(S380). 상기 NSC의 재생이 필요한지 여부를 판단하는 단계(S360)에서 NSC의 재생이 필요하지 않은 경우 스위치 밸브를 작동시키지 아니한다(S400). 상기 NSC의 재생 여부를 확인하는 단계(S380)에서 NSC가 재생되지 않은 경우 상기 NSC의 재생이 필요한지 여부를 판단하는 단계(S360)를 다시 수행한다.Meanwhile, as a result of determining whether lean combustion is performed (S300), in the case of ultra lean combustion, the method of controlling the exhaust gas purification system in the engine driving or regeneration section of the NSC of the present invention first determines whether the regeneration of the NSC is necessary (S360). . When the regeneration of the NSC is necessary, the switch valve is opened to the NSC to supply the reformed fuel gas (S370), and the regeneration of the NSC is checked (S380). In the step S360 of determining whether the regeneration of the NSC is necessary, the switch valve is not operated when the regeneration of the NSC is not necessary (S400). When the NSC is not played back in the step of checking whether the NSC is played (S380), the process of determining whether the NSC is required to be played back is performed again (S360).

본 발명의 엔진 구동 또는 NSC의 재생 구간에서 배기가스 정화시스템을 제어하는 방법에 의하면, NSC의 재생이 필요없는 경우에는 모든 구간을 초희박 연소 영역으로 구동할 수 있도록 만들어 주어 연비를 크게 향상시킬 수 있다.According to the method of controlling the exhaust gas purification system in the engine driving or regeneration section of the NSC of the present invention, when the regeneration of the NSC is not necessary, all sections can be driven to the ultra-thin combustion zone, thereby greatly improving fuel economy. have.

또한, 희박 연소 영역으로 구동되는 경우, NSC 온도를 모니터하고 300℃로 유지시켜 NSC의 흡장 효율을 최적화한다. 이는 NSC의 온도가 300℃를 초과하는 경우 열교환기를 작동시키고 엔진에서 배출되는 가스의 온도를 저감시켜 NSC의 온도를 낮추거나, NSC의 온도가 300℃ 미만인 경우 연료개질기 및 NSC쪽으로 스위치 밸 브를 작동시키고 NSC에 고온의 개질 연료 가스를 공급하여 NSC의 온도를 높이는 제어방법에 의해 달성될 수 있다.In addition, when driven into a lean burn zone, the NSC temperature is monitored and maintained at 300 ° C. to optimize the occlusion efficiency of the NSC. This can reduce the temperature of the NSC by operating the heat exchanger when the temperature of the NSC exceeds 300 ° C and reduce the temperature of the gas discharged from the engine, or operate the switch valve toward the fuel reformer and NSC when the temperature of the NSC is below 300 ° C. It can be achieved by a control method for increasing the temperature of the NSC by supplying a high-temperature reformed fuel gas to the NSC.

또한, NSC의 재생이 필요한 경우 연료개질기 및 NSC쪽으로 스위치 밸브를 작동시키고 NSC에 개질 연료 가스를 공급하여 NSC의 재생 시간을 단축시키다. 이는 궁극적으로 NSC의 재생 시 발생하는 연비 저감을 감소시키고 NSC의 재생을 향상시킬 수 있는 제어방법을 구성한다.In addition, when the regeneration of the NSC is necessary, the switch valve is operated toward the fuel reformer and the NSC, and the reforming time of the NSC is shortened by supplying the reformed fuel gas to the NSC. This ultimately constitutes a control method that can reduce the fuel economy that occurs during NSC regeneration and improve NSC regeneration.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

도 1은 종래의 초희박 연소 직접 분사식 엔진의 배기가스 정화시스템을 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram showing an exhaust gas purification system of a conventional ultra-thin combustion direct injection engine.

도 2는 본 발명의 초희박 연소 직접 분사식 엔진의 배기가스 정화시스템을 나타낸 구성도이다.Figure 2 is a block diagram showing an exhaust gas purification system of the ultra-thin combustion direct injection engine of the present invention.

도 3은 본 발명의 배기가스 정화시스템을 냉시동 구간에서 제어하는 방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명의 배기가스 정화시스템을 엔진 구동 또는 NSC의 재생 구간에서 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of controlling the exhaust gas purification system of the present invention in a cold start section, and FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of controlling the exhaust gas purification system of the present invention in an engine driving or regeneration section of an NSC.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art

10 : NSC 20 : TWC10: NSC 20: TWC

30 : 연료탱크 40 : 엔진30: fuel tank 40: engine

50 : 연료개질기 60 : 스위치 밸브50: fuel reformer 60: switch valve

70 : 열교환기 70: Heat exchanger

Claims (15)

가솔린 초희박 연소 직접 분사식 엔진의 배기가스 정화시스템에 있어서,In the exhaust gas purification system of a gasoline ultra thin combustion direct injection engine, 질소산화물 흡장촉매(NOx Storage Catalyst; NSC)(10)와 상기 질소산화물 흡장촉매 후단에 위치하는 삼원촉매(Three Way Catalyst; TWC)(20);A NOx Storage Catalyst (NSC) 10 and a Three Way Catalyst (TWC) 20 positioned after the NOx storage catalyst; 연료탱크(30)에서 배기가스 정화시스템 방향으로 연결되어 있고, 엔진(40)과 별도로 구동되며, 질소산화물 흡장촉매 또는 삼원촉매에 개질 연료 가스를 공급하기 위한 연료개질기(50);A fuel reformer 50 connected to the exhaust gas purification system in the fuel tank 30 and driven separately from the engine 40 to supply reformed fuel gas to the nitrogen oxide storage catalyst or the three-way catalyst; 연료개질기 후단 및 질소산화물 흡장촉매와 삼원촉매 상단에 위치하고, 질소산화물 흡장촉매 또는 삼원촉매에 개질 연료 가스를 선택적으로 공급하기 위한 스위치 밸브(60); 및A switch valve 60 positioned at the rear of the fuel reformer and at the top of the nitrogen oxide storage catalyst and the three-way catalyst, for selectively supplying the reformed fuel gas to the nitrogen oxide storage catalyst or the three-way catalyst; And 상기 엔진과 질소산화물 흡장촉매의 사이 및 상기 엔진과 연료개질기의 사이에 위치하는 열교환기(70);를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템.And a heat exchanger (70) positioned between the engine and the nitrogen oxide storage catalyst and between the engine and the fuel reformer. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 질소산화물 흡장촉매 및 상기 삼원촉매는 언더플로어 커플드 컨버터(Under-Floor Coupled Converter; UCC)내에 위치하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템.And the nitrogen oxide storage catalyst and the three-way catalyst are located in an Under-Floor Coupled Converter (UCC). 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 열교환기는 엔진 배기가스의 온도를 250℃ ~ 400℃로 조정하여 질소산화물 흡장촉매에 공급하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템.The heat exchanger is an exhaust gas purification system, characterized in that for supplying to the nitrogen oxide storage catalyst by adjusting the temperature of the engine exhaust gas to 250 ℃ ~ 400 ℃. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 열교환기는 엔진 배기가스의 열량을 연료개질기에 전달하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템.The heat exchanger exhaust gas purification system, characterized in that for transmitting the heat of the engine exhaust gas to the fuel reformer. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 질소산화물 흡장촉매에 공급되는 개질 연료 가스는 수소와 일산화탄소를 주요성분으로 하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템.The reformed fuel gas supplied to the nitrogen oxide storage catalyst comprises hydrogen and carbon monoxide as main components. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 배기가스 정화시스템은 상기 개질 연료 가스를 상기 질소산화물 흡장촉매에 공급함으로써 질소산화물 흡장촉매의 온도를 250℃ ~ 400℃로 유지시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템.And the exhaust gas purification system maintains the temperature of the nitrogen oxide storage catalyst at 250 ° C to 400 ° C by supplying the reformed fuel gas to the nitrogen oxide storage catalyst. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 배기가스 정화시스템은 상기 질소산화물 흡장촉매에서 배출되는 가스에 상기 개질 연료 가스를 혼합하여 삼원촉매에 공급함으로써 삼원촉매의 온도를 400℃ ~ 800℃로 유지시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템.The exhaust gas purification system is characterized by maintaining the temperature of the three-way catalyst to 400 ℃ ~ 800 ℃ by mixing the reformed fuel gas with the gas discharged from the nitrogen oxide storage catalyst to supply to the three-way catalyst. 제 7항에 있어서,8. The method of claim 7, 상기 배기가스 정화시스템은 냉시동 구간에서 냉시동 30초내에 삼원촉매의 온도를 400℃ ~ 800℃로 유지시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템.The exhaust gas purification system, the exhaust gas purification system, characterized in that to maintain the temperature of the three-way catalyst 400 ℃ ~ 800 ℃ within 30 seconds cold start in the cold start section. 냉시동 구간에서 제 1항 또는 제 2항의 배기가스 정화시스템을 제어하는 방법으로서,A method for controlling the exhaust gas purification system of claim 1 or 2 in a cold start section, 시동 후 냉각수 또는 흡입공기의 온도를 측정하여 삼원촉매의 활성화 필요 여부를 확인하는 제 1단계;A first step of determining whether activation of the three-way catalyst is necessary by measuring the temperature of the cooling water or the intake air after starting; 제 1단계에서 상기의 삼원촉매의 활성화가 필요한 경우 연료개질기, 열교환기, 및 삼원촉매쪽으로 스위치 밸브를 작동시키는 제 2단계;A second step of operating the switch valve toward the fuel reformer, the heat exchanger, and the three-way catalyst when activation of the three-way catalyst is required in the first step; 희박 연소 여부를 판단하는 제 3단계; 및A third step of determining whether lean combustion; And 제 3단계에서 희박 연소인 경우 스위치 밸브를 작동시키지 아니하여 삼원촉매의 활성화를 종료시키는 제 4단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템 제어방법.A fourth step of terminating the activation of the three-way catalyst by not operating the switch valve in the case of lean combustion in the third step; An exhaust gas purification system control method, characterized in that consisting of. 제 9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 제 1단계에서 삼원촉매의 활성화가 필요하지 않은 경우 연료개질기, 열교환기, 및 스위치 밸브를 작동시키지 않는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템 제어방법.And not operating the fuel reformer, the heat exchanger, and the switch valve when activation of the three-way catalyst is not necessary in the first step. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제 3단계에서 희박 연소가 아닌 경우 스위치 밸브를 삼원촉매쪽으로 열리게 하여 개질 연료 가스를 공급하고 삼원촉매의 활성와 온도 도달 여부를 확인하는 단계; 및 상기 삼원촉매의 활성화 온도 도달 여부를 확인하는 단계에서 활성화 온도에 도달한 경우 스위치 밸브를 작동시키지 아니하고, 활성화 온도에 도달하지 않은 경우 상기 제 3단계를 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템 제어방법.Opening the switch valve toward the three-way catalyst when the lean combustion is not performed in the third step, supplying the reformed fuel gas and checking whether the three-way catalyst activity and temperature are reached; And not operating the switch valve when the activation temperature is reached in the step of confirming whether the activation temperature of the three-way catalyst is reached, and performing the third step when the activation temperature is not reached. Exhaust gas purification system control method. 엔진 구동 또는 질소산화물 흡장촉매의 재생 구간에서 제 1항 또는 제 2항의 배기가스 정화시스템을 제어하는 방법으로서,A method of controlling the exhaust gas purifying system of claim 1 or 2 in an engine driving or regeneration section of a nitrogen oxide storage catalyst, 엔진이 운전조건에 있는 경우 희박 연소 여부를 판단하는 제 1단계;A first step of determining whether lean combustion occurs when the engine is in an operating condition; 제 1단계에서 희박 연소인 경우 질소산화물 흡장촉매의 온도를 측정하는 제 2단계;A second step of measuring the temperature of the nitrogen oxide storage catalyst when the lean combustion is performed in the first step; 제 2단계에서 질소산화물 흡장촉매의 온도가 300℃ 미만인 경우 스위치 밸브를 질소산화물 흡장촉매쪽으로 열리게 하여 개질 연료 가스를 공급하고 질소산화물 흡장촉매의 온도를 측정하는 제 3단계; 및 A third step of opening the switch valve toward the nitrogen oxide storage catalyst to supply the reformed fuel gas and measuring the temperature of the nitrogen oxide storage catalyst when the temperature of the nitrogen oxide storage catalyst is less than 300 ° C in the second step; And 제 3단계에서 질소산화물 흡장촉매의 온도가 300℃를 초과하면 스위치 밸브를 잠그고 열교환기를 작동시키는 제 4단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템 제어방법.A fourth step of closing the switch valve and operating the heat exchanger when the temperature of the nitrogen oxide storage catalyst in the third step exceeds 300 ° C; An exhaust gas purification system control method, characterized in that consisting of. 제 12항에 있어서,13. The method of claim 12, 상기 제 2단계에서 질소산화물 흡장촉매의 온도가 300℃를 초과하면 스위치 밸브를 작동시키지 아니하는 단계; 및Not operating the switch valve when the temperature of the nitrogen oxide storage catalyst in the second step exceeds 300 ° C; And 상기 제 3단계에서 질소산화물 흡장촉매의 온도가 300℃ 미만인 경우 상기 제 3단계를 수행하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템 제어방법.Performing the third step when the nitrogen oxide storage catalyst is less than 300 ° C. in the third step; Exhaust gas purification system control method further comprising. 제 13항에 있어서,14. The method of claim 13, 상기 제 1단계에서 초희박 연소인 경우 질소산화물 흡장촉매의 재생이 필요한지 여부를 판단하는 단계;Determining whether regeneration of the nitrogen oxide storage catalyst is necessary in the case of ultra-lean combustion in the first step; 질소산화물 흡장촉매의 재생이 필요한 경우 스위치 밸브를 질소산화물 흡장촉매쪽으로 열리게 하여 개질 연료 가스를 공급하고 질소산화물 흡장촉매의 재생 여부를 확인하는 단계; 및If the regeneration of the nitrogen oxide storage catalyst is necessary, opening the switch valve toward the nitrogen oxide storage catalyst to supply a reformed fuel gas and confirming whether the nitrogen oxide storage catalyst is regenerated; And 질소산화물 흡장촉매가 재생된 경우 스위치 밸브를 작동시키지 않는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템 제어방법.Not operating the switch valve when the nitrogen oxide storage catalyst is regenerated; Exhaust gas purification system control method further comprising. 제 14항에 있어서,15. The method of claim 14, 상기 질소산화물 흡장촉매의 재생이 필요한지 여부를 판단하는 단계에서 질소산화물 흡장촉매의 재생이 필요하지 않은 경우 스위치 밸브를 작동시키지 아니하는 단계; 및Not operating the switch valve when the regeneration of the nitrogen oxide storage catalyst is not necessary in the step of determining whether regeneration of the nitrogen oxide storage catalyst is necessary; And 상기 질소산화물 흡장촉매의 재생 여부를 확인하는 단계에서 질소산화물 흡장촉매가 재생되지 않은 경우 상기 질소산화물 흡장촉매의 재생이 필요한지 여부를 판단하는 단계를 수행하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템 제어방법.Determining whether regeneration of the nitrogen oxide storage catalyst is necessary when the nitrogen oxide storage catalyst is not regenerated in the step of checking whether the nitrogen oxide storage catalyst is regenerated; Exhaust gas purification system control method further comprising.
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JP2006037768A (en) 2004-07-23 2006-02-09 Hino Motors Ltd Exhaust emission control device

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